estudo da interao de vinhoto e de um solo utilizando o...
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ESTUDO DA INTERAÇÃO DE VINHOTO COM UMA ARGILA DE BAIXA PLASTICIDADE DA REGIÃO DO MUNICÍPIO DE CAMPOS
DOS GOYTACAZES - RJ
ALESSANDRO DA CUNHA ALVES
“Dissertação de mestrado apresentado ao Centro de Ciência e Tecnologia da Universidade Estadual Norte Fluminense, como parte das exigências para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil”
Orientador: Prof. Sérgio Tibana Co-orientador: Prof. Frederico Terra de Almeida
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ Julho – 2007
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Dedico este trabalho à Maria Luiza, José, Ângela e Anderson, os meus familiares.
iv
AGRADECIMENTOS
A Deus e a toda minha famíliia.
As minhas coorientadoras Izabel Christina d’Almeida Duarte de Azevedo
e Rejane Nascentes, por todo apoio.
Ao meu coorientador Rodrigo Reis, pela colaboração.
Ao professor Frederico, que foi o idealizador do projeto e que colaborou
em muito para a realização dos objetivos.
Ao meu orientador Sérgio Tibana pelo estímulo, pela paciência,
preocupação, colaboração, competência profissional e grande amizade desde
o início.
Aos meus amigos, pelo companheirismo, amizade e oportunidade de
convivência, em especial, Francisco, Oscar, Adilson, José Augusto e Dona
Araci pelo valioso auxílio.
À Juliani Salvini que foi uma pessoa bastante especial durante essa fase
de minha vida. À Universidade Estadual do Norte Fluminense, através do Departamento de
Engenharia Civil, pela oportunidade de realizar meu curso de Mestrado.
À FAPERJ, pelo apoio financeiro concedido através de Bolsa.
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SUMÁRIO
Lista de Figuras ................................................................................................. IX
Lista de Tabelas ................................................................................................ XI
Lista de Símbolos .............................................................................................. XII
Resumo ............................................................................................................ XIII
Abstract ............................................................................................................. XIV
1 – Introdução ..................................................................................................... 1
2 – Objetivos ....................................................................................................... 3
3 – Revisão Bibliográfica .................................................................................... 4 3.1 – Considerações Gerais ...............................................................................
4
3.2 – Vinhoto: resíduo da produção sulcroalcooleira 5
3.3 – Principais Mecanismos de Transporte nos Solos ..................................... 5
3.3.1 – Movimentos de solutos no solo ........................................................... 5 3.3.2 – Processos Físicos
7
3.3.2.1 – Advecção ............................................................................................. 7
3.3.2.2 - Dispersão Hidrodinâmica .................................................................... 8
3.3.3.3. - Dispersão Mecânica ......................................................................... 9
3.3.3.4. - Difusão molecular ................................................................................ 10
3.3.3 – Processos Químicos 11
3.3.3.1 – Sorção ................................................................................................. 11
3.3.3.2 – Fator de retardamento e o coeficiente dispersão-difusão .................. 12
3.3.3.3 - Decaimento de Primeira Ordem ......................................................... 13
3.4 - Equação Transiente e Unidimensional de Transporte de Massa ............... 14
vi
4 – Descrição dos materiais ............................................................................... 16
4.1 – Solo ........................................................................................................... 16
4.2. – Visita a campo para reconhecimento da área e coleta de vinhoto ......... 17
5 – Programação dos Ensaios de Laboratório ................................................... 20
5.1 - Considerações Gerais ................................................................................ 20
5.2 – Caracterização Física do solo ................................................................... 22
5.3 - Ensaios de permeabilidade ........................................................................ 22
5.3.1 - Ensaios de permeabilidade á carga variável ........................................... 22
5.3.2 - Confecção dos corpos de prova .......................................................... 23
5.3.3 - Ensaios de permeabilidade á carga constante ....................................... 24
5.4 – Caracterização Química do Solo ............................................................... 24
5.4.1 – Ensaio de Interação Direta do Solo e do Vinhoto ................................... 25
5.4.2 – Ensaios EDX .......................................................................................... 25
5.5 - Caracterização do vinhoto .......................................................................... 26
5.5.1 - Variação da densidade e pH do Vinhoto ................................................. 26
5.5.2 – Análise química do vinhoto ..................................................................... 26
5.5.3 - Estudo da degradação biológica do vinhoto ........................................... 27
5.5.4 – Análise Microbiológica do vinhoto .......................................................... 27
6 - Ensaios em Colunas ..................................................................................... 29
6.1 – Fundamentos e montagem do sistema ..................................................... 29
6.2 – Curvas de Chegada ................................................................................... 31
6.3 – Coeficiente de dispersão ‘D’ ...................................................................... 33
6.4 - Dimensionamento das colunas .................................................................. 33
vii
7 - Resultados e discussões ............................................................................... 35
7.1 Caracterização física do solo ..................................................................... 35
7.2 - Ensaios de permeabilidade ........................................................................ 38
7.2.1 - Ensaios de permeabilidade á carga variável ........................................... 38
7.2.2 - Ensaios de permeabilidade á carga constante ....................................... 38
7.2.2.1 - Ensaios de permeabilidade à carga constante com água .................. 39
7.2.2.2 - Ensaios de permeabilidade à carga constante ao vinhoto ................... 41
7.3 – Caracterização química do solo ................................................................ 43
7.3.1 – Ensaio de Interação Direta do Solo e do Vinhoto ................................... 43
7.3.1.1 – pH e Alumínio ...................................................................................... 44
7.3.1.2 – Carbono e Matéria Orgânica (MO) ...................................................... 45
7.3.1.3 – Potássio, Magnésio, Cálcio, Sódio e Fósforo ...................................... 45
7.3.1.4 – Capacidade de Troca Catiônica (CTC) ............................................... 46
7.3.1.5 – Ferro, Cobre, Zinco, Manganês e Boro ............................................... 47
7.3.2 – Ensaios EDX .......................................................................................... 48
7.4. Caracterização do vinhoto ........................................................................... 49
7.4.1 – Variação da Densidade e do pH do Vinhoto .......................................... 49
7.4.2. – Caracterização química do vinhoto ....................................................... 51
7.4.3. – Estudo da degradação biológica do vinhoto .......................................... 51
7.4.4 – Análise Microbiológica do Vinhoto. ......................................................... 52
7.5 – Parâmetros dos Mecanismos de Transporte de Massa ............................ 55
7 – Conclusões ................................................................................................... 68
Referências Bibliográficas .................................................................................. 70
viii
LISTA DE FIGURAS Figura 3.1 - Mecanismos físicos de mistura mecânica em escala
microscópica...................................................................................................... 9
Figura 4.1 – Localização da área de estudo....................................................... 16 Figura 4.2 – Área escolhida para coleta da amostra .......................................... 17 Figura 4.3 – Vinhoto conduzido em canais ........................................................ 18 Figura 4.4 – Vinhoto armazenado em lagoas ..................................................... 18 Figura 4.5 – Formação de espuma no vinhoto ................................................... 18 Figura 5.1 – Permeâmetro de carga variável ..................................................... 23 Figura 5.2 - Espectrômetro de Fluorescência de Raios-X por Energia
Dispersiva ........................................................................................................... 26
Figura 6.1 – Sistema de percolação em coluna .............................................. 30 Figura 6.2 – Página inicial do programa computacional DISP ........................... 32 Figura 7.1 (a) sedimentação com vinhoto; (b) sedimentação com água
destilada; (c) sedimentação com hexametafosfato de sódio ........................... 35
Figura 7.2 - Distribuição granulométrica do solo com diferentes procedimentos 36
Figura 7.3 – Curva de compactação .................................................................. 37 Figura 7.4 – Resultado dos ensaios de permeabilidade ao vinhoto à carga
variável .............................................................................................................. 38
Figura 7.5 (a) – Volume de água percolado por tempo para gradiente 20 ........ 39 Figura 7.5 (b) – Volume de água percolado por tempo para gradiente 15 ........ 40 Figura 7.5 (c) – Volume de água percolado por tempo para gradiente 10 ......... 40 Figura 7.6 (a) – Volume de vinhoto percolado por tempo para gradiente 20 ..... 41 Figura 7.6 (b) – Volume de vinhoto percolado por tempo para gradiente 15 ..... 42
ix
Figura 7.6 (c) – Volume de vinhoto percolado por tempo para gradiente 10 ... 42 Figura 7.7 - Variação da densidade x tempo ................................................... 50 Figura 7.8 - Variação do pH x tempo ................................................................. 50 Figura 7.9 – Placa inoculada com vinhoto congelado (Meio Ágar com caldo
nutritivo). ......................................................................................................... 52
Figura 7.10 - Placa inoculada com vinhoto congelado (Meio Ágar com BHI). .. 52 Figura 7.11 – Placa inoculada com vinhoto à temperatura ambiente (Meio
Ágar com caldo nutritivo). ................................................................................. 53
Figura 7.12 – Placa inoculada com vinhoto à temperatura ambiente (Meio
Ágar com BHI). ................................................................................................... 53
Figura 7.13 - Células de Saccharomyces cerevisiae. ........................................ 54 Figura 7.14 – Curva de chegada de N para o CP01 ......................................... 59 Figura 7.15 – Curva de chegada de N para o CP02 .......................................... 60 Figura 7.16 – Curva de chegada de N para o CP03 .......................................... 61 Figura 7.17 – Curva de chegada de K para o CP01 .......................................... 62
Figura 7.18 – Curva de chegada de K para o CP02 ......................................... 63 Figura 7.19 – Curva de chegada de K para o CP03 ......................................... 64 Figura 7.20 – Relação entre a dispersão hidrodinâmica e a velocidade média
(N) ...................................................................................................................... 65
Figura 7.21 – Relação entre a dispersão hidrodinâmica e a velocidade média (K) .................................................................................................................... 66
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1 – Métodos utilizados nas análises .................................................... 21 Tabela 5.2 – Índices físicos dos corpos de prova .............................................. 24 Tabela 7.1 – Resultados dos ensaios de caracterização 37
Tabela 7.2 - Resultados dos ensaios de permeabilidade ................................... 43 Tabela 7.3 – Relação entre o Al e pH do solo após 4 meses de interação
solo/vinhoto. ...................................................................................................... 44
Tabela 7.4 – Relação entre C e MO após 4 meses de interação solo/vinhoto .. 45 Tabela 7.5 – Teores de Potássio, Magnésio, Sódio. .......................................... 46 Tabela 7.6 – Teores de Potássio, Magnésio e Cálcio e índices de CTC.. ......... 47 Tabela 7.7 – Níveis de Ferro, Cobre, Zinco, Manganês e Boro ......................... 48 Tabela 7.8 - Composição química do solo com vinhoto por meio de ensaio
EDX .................................................................................................................... 49
Tabela 7.9 - Composição química do vinhoto (filtrado) ...................................... 51 Tabela 7.10 - Composição química do vinhoto (não filtrado) ........................... 51 Tabela 7.11 – Níveis de N e K no estudo de degradação biológica do vinhoto . 52 Tabela 7.12 – Nº de volume de poros e concentrações de Nitrogênio e
Potássio ............................................................................................................. 55
Tabela 7.13 – Concentrações relativas para o Nitrogênio. ................................ 57 Tabela 7.14 – Concentrações relativas para o Potássio. .................................. 58 Tabela 7.15 - Relação de ‘D’ e ‘R’ do Nitrogênio e Potássio dos corpos de
prova. .................................................................................................................. 65
Tabela 7.16 – Análise química dos corpos de prova dos ensaios em colunas. . 67
xi
LISTA DE SÍMBOLOS
D = Coeficiente de dispersão hidrodinâmica (L2 T-1)
α = Ccoeficiente de mistura mecânica ou dispersividade (L)
v = Velocidade de percolação do fluido (L.T-1)
Dm = Coeficiente de difusão molecular do soluto no meio (L2 T-1)
De = Coeficiente de difusão efetiva, (L2T-1).
Ko = Constante de decaimento de primeira ordem
R = Fator de retardamento
Vv = Volume de vazios
Dâm = Diâmetro (cm)
H = Altura (cm)
A = Area (cm2)
Mt = Massa total (g)
G = Densidade real dos grãos
e = Índice de vazios
n = porosidade
xii
Resumo
Em Campos dos Goytacazes, o vinhoto, um dos subprodutos da
produção de açúcar e álcool em usinas de cana-de-açucar, vem sendo utilizado
intnsamente nas áreas de plantação para ferti-irrigar o solo devido o elevado
teor de micro-nutrientes existentes na sua composição química. Entretanto, se
por um lado a ferti-irrigação pode favorecer as lavouras com o bom
desenvolvimento da cana-de-açucar, no que diz respeito à qualidade e ao
tempo de maturação da plante, por outro lado a ferti-irrigação pode causar a
contaminação do lençol freático. Dentro deste contexto, o principal objetivo
deste trabalho é a investigação da interação do vinhoto com um solo da refião
de Campos dos Goytacazes. Neste trabalho o nitrogênio e o potássio foram
escolhidos como referencia para avaliar a interação tendo em vista os elevados
teores destes na composição química do vinhoto e as exigências dos órgãos
ambientais que limitam os teores de nitrato na água para considerá-la
adequada para o consumo humano. O programa experimental consistiu de
ensaios de caracterização de solos, conforme as normas técnicas da ABNT,
análises química de amostras de solo e do vinhoto, ensaios de compactação,
ensaios de permeabilidade e de coluna com corpos reconstituídos. Os
resultados sugerem que o solo em questão não é uma boa barreira para os
poluentes investigados.
xiii
Abstract
In Campos dos Goytacases (BRAZIL) city, the vinasse, one of the
residues from alcohool and sugar in sugar-cane industries, has been largely
used in plantation areas in order to ferti-irrigate the soil due to its high
concentration of micronutrients in its chemical composition. However, if by one
hand the ferti-irrigation with vinasse can be favorable to the sugar-cane,
considerering the qualith and the growing time of it, on the other hand the ferti-
irrigation can cause the contamination of the groundwate. Thus, the main aim of
this work is to investigate the interaction between vinasse and soil that is found
in Campos dos Goytacazes. The nitrogenium and the potassium were chosen
as reference to evaluate their interaction dus to the hign concentration of both in
vinasse chemmical composition and the environnmental agencies requirement
that limit the concentration of nitrate in the ground-water in order to consider it
clean to human use. The experimental program deals to physical
caracterization tests, according to Brazilian ABNT recommendations, chemical
analyses of soils samples and vinasse, compactation tests, and permeabilit and
difusion tests with reconstitutives specimens. The results of this work suggest
that the soil investigated is not a good natural barrier to these pollutant.
xiv
1
I - INTRODUÇÃO
A porção de água subterrânea representa cerca de 97% da água doce líquida
existente do planeta, segundo Rebouças (1999), o que mostra a importância
econômica, social e ambiental desse recurso.
Com o aumento da população mundial e da procura por novas formas de
energia, aumentou-se em muito a demanda tanto pela utilização de águas subterrâneas
para diversos fins quanto pelo uso do solo para fins agrícolas, dentre outros. Em
consequência, ampliaram-se também as formas de contaminação desses recursos,
sendo as causadas por ação antrópica as principais, como, por exemplo, a disposição
inadequada de resíduos.
Embora as águas subterrâneas sejam muito menos susceptíveis à contaminação
que as águas superficiais, existe a possibilidade de contaminação através da
percolação de contaminantes através do solo, podendo assim, provocar a deterioração
da qualidade desse recurso e, em conseqüência, pondo em risco a saúde e o bem estar
humano.
A região do Município de Campos dos Goytacazes, no norte do Estado do Rio de
Janeiro, dispõe de grandes áreas de plantação de cana-de-açúcar, sendo uma região
que produz muito açúcar e álcool. Conseqüentemente, são gerados muitos resíduos
advindos dessa produção. O principal resíduo industrial da produção de álcool é o
vinhoto ou vinhaça. No processo de destilação, há a produção de vinhoto na razão de
12 a 13 litros por litro de álcool produzido (Medina e Brinholi, 1998). É considerado
altamente poluente se for despejada no solo uma dosagem maior que o mesmo pode
reter. Durante anos, diversos acidentes ecológicos ocorreram pelo descarregamento
indiscriminado do vinhoto, principalmente em cursos d'água. Assim, devido ao grande
volume deste efluente industrial produzido pelas destilarias de álcool, justifica-se o
interesse em se estudar seus mecanismos de interação e transporte no solo.
Para a realização dos estudos que são apresentados neste trabalho, foram
coletadas amostras de vinhoto proveniente da usina Coagro, em Campos dos
Goytacazes RJ. Também foram coletadas amostras de solo da região, que foram
devidamente caracterizadas segundo as normas técnicas da ABNT.
2
O programa experimental consistiu de ensaios de caracterização física do solo,
caracterização química, tanto do solo como do vinhoto, análise microbiológica do
vinhoto, ensaios de permeabilidade ao vinhoto e à água, tanto à carga constante como
à carga variável e ensaios não convencionais, como por exemplo, ensaios de
sedimentação comparativa, ensaio de degradação biológica, ensaios diretos de
interação e ensaios em coluna.
Esta dissertação se divide em oito capítulos. No segundo capítulo apresentam-se
os objetivos que motivaram o trabalho. No terceiro capítulo faz-se uma revisão da
literatura observando aspectos relacionados ao vinhoto e a mecanismos de transporte
de poluentes no solo como, por exemplo, a advecção, a adsorção, a dispersão e o
decaimento. No quarto capítulo explica-se a escolha do tipo e da localização do solo
utilizado e também o local de coleta do vinhoto. No quinto capítulo apresenta-se a
programação e detalhamento dos ensaios realizados. No sexto capítulo descreve-se o
ensaio de percolação em coluna relatando os fundamentos do sistema e também o
dimensionamento dos corpos de prova e a escolha dos materiais das colunas. No
sétimo capítulo apresentam-se os resultados obtidos e no oitavo apresenta as
conclusões e sugestões para novas pesquisas.
3
2 – OBJETIVO
Esta dissertação de mestrado tem como objetivo principal avaliar a interação
entre um solo encontrado na região de Campos dos Goytacazes e o vinhoto utilizado na
ferti-irrigação nas áreas de cultivo da cana-de-açucar. A programação de ensaios de
laboratório consistiu de ensaios de caracterização, ensaios de compactação, ensaios
de permeabilidade com carga variável e constante, análises químicas em amostras de
solo e de vinhoto, ensaios de coluna e análise microbiológica do vinhoto. Os ensaios de
caracterização de solos seguiram os procedimentos preconizados nas normas técnicas
brasileira e também procedimentos não usuais que são descritos no capítulo de
metodologia.
4
3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1 – Considerações iniciais
O uso da terra para as atividades agrícola, pecuária e industrial tem acarretado,
como conseqüência elevados níveis de contaminação. De fato, aos usos referidos
associam-se, geralmente, descargas acidentais ou voluntárias de poluentes no solo e
em corpos d’água, deposição não controlada de produtos que podem ser resíduos
perigosos, deposições atmosféricas resultantes das várias atividades, dentre outros.
Os processos de contaminação no solo ocorrem, de um modo geral, lentamente
e, freqüentemente, sem conseqüências trágicas imediatas, porém em longo prazo,
podem ter efeitos sérios e possivelmente irreversíveis. A contaminação do solo tem-se
tornado uma das grandes preocupações ambientais da sociedade, pois, geralmente, a
contaminação interfere no ambiente global da área afetada (solo, águas superficiais e
subterrâneas, ar, fauna e vegetação), podendo mesmo estar na origem de problemas
de saúde pública.
Segundo Boscov (1997) a contaminação do solo é a principal causa da
deterioração das águas subterrâneas.
Segundo Paganini (1997), a utilização incorreta das águas residuárias pode
promover efeitos adversos ao solo e plantas.
Melo (1978) alerta que, apesar do uso de efluentes promover economia de água
e fertilizantes, reciclagem de nutrientes e aumento da produção agrícola, podem surgir
problemas tanto para o solo e culturas (se, por exemplo, nitrogênio e outros nutrientes
forem aplicados em demasia), como para o homem e os animais quando houver a
presença de organismos patogênicos no efluente.
Para Ayers e Westcot (1991), a irrigação com águas residuárias pode contaminar
os solos, o ar, as águas subterrâneas e as plantas de áreas vizinhas aos campos
irrigados.
Oliveira (1993) adverte quanto ao fato de que as necessidades nutricionais de
uma determinada cultura provavelmente não seriam integralmente supridas somente
com a aplicação de efluentes no solo, pois as proporções de N, P e K são, geralmente,
5
diferentes das demandadas pelas culturas, havendo necessidade de complementação
com fertilizantes minerais.
Oliveira et al. (2000) descrevem que podem ocorrer alterações na capacidade de
infiltração do solo ocasionadas pela colmatação dos macroporos e pela formação de
crostas em sua superfície, quando a irrigação é realizada com líquidos contendo altas
concentrações de sólidos.
3.2 – Vinhoto: resíduo da produção sulcroalcooleira
Ao mesmo tempo em que existe uma grande busca por novas formas de energia,
tem-se preocupado cada vez mais com as questões ambientais. No caso da produção
de álcool, a preocupação é com os resíduos da produção. O principal resíduo industrial
das destilarias é o vinhoto ou vinhaça. Com a destilação do vinho (produto resultante da
fermentação) há a produção de vinhoto na razão de 12 a 13 litros por litro de álcool
produzido (Medina e Brinholi, 1998).
Em média, sua composição básica é de 93% de água e 7% de sólidos (orgânicos
e minerais), possui alto teor de potássio (K) e nitrogênio total além de cálcio (Ca),
magnésio (Mg) e fósforo (P) em menores concentrações (Ferreira, 1980, citado por
Busato, 2004).
Segundo Rosseto (1977), o vinhoto, por apresentar concentrações relativamente
elevadas de nutrientes como potássio, cálcio e magnésio, e significativos teores de
matéria orgânica, pode ser utilizado na fertilização dos canaviais. Seu uso,
normalmente, promove a elevação da produtividade de colmos, contudo, pode diminuir
os rendimentos se for aplicado em excesso.
A utilização intensiva da vinhaça nos solos cultivados com cana-de-açúcar surgiu
devido à produção de mais de 150 bilhões de litros desse resíduo por safra, ou seja,
cerca de 1.000 litros de efluentes líquidos por tonelada de cana-de-açúcar moída
(RODELLA & FERRARI, 1977), que anteriormente eram, em grande parte, despejados
nos rios e lagoas próximos às redondezas das usinas e destilarias.
6
Segundo Xavier (1970), até alguns anos atrás, o não aproveitamento desse
efluente, e a prática de descarregá-lo sem tratamento prévio em rios, constituíam o
maior problema ambiental provocado por essa atividade agro-industrial.
Segundo Viana (1988), deve-se considerar a possibilidade de se converter a
matéria orgânica do vinhoto em metano, pois essa prática, a medida que vai
neutralizando o pH do efluente, minimiza os eventuais riscos com acidentes durante o
manuseio e facilita sua aplicação na lavoura.
Lamo (1991) demonstrou o potencial energético de uma tonelada de cana.
Observa-se que uma tonelada de cana pode gerar 909,90x10³ kcal de energia (álcool +
biogás). Porém, caso não se aproveite o biogás resultante da biodigestão da vinhaça,
deixa-se de recuperar 7,5% do total de energia disponível em uma tonelada de cana.
Conforme Andriolli (1986) a aspersão de água pura, logo após a aplicação do
vinhoto, promove a eliminação de resíduos das folhas e redução dos teores de sais na
camada superficial do solo. O desequilíbrio dos minerais N, P e K presente na
composição do vinhoto pode ser corrigido com a adição de adubos comerciais,
conforme as necessidades da planta e da deficiência dos mesmos no solo.
3.3 – Principais Mecanismos de Transporte nos Solos 3.3.1 – Movimento de solutos no solo
Segundo Prevedello (1996), quando se movimenta no solo, a água transposta os
solutos, podendo uma parte destes ser absorvida pelas plantas, outra parte ser
adsorvida pelo solo, ou precipitada. Contudo, não só ao deslocamento da água se deve
a movimentação de solutos. Os solutos podem difundir-se na água, em resposta a
gradientes de concentração, ou podem reagir entre si e interagir com a matriz do solo,
interrelacionando uma sucessão cíclica de processos físicos e químicos. Nessas
interações são envolvidas características químicas, mineralógicas e físicas do solo,
como a acidez, temperatura, potencial de oxi-redução, composição e concentração da
solução do solo.
7
Para Ferreira (2001), ocorre o processo de deslocamento de fluidos miscíveis
quando um fluido mistura-se com outro e o desloca. Como exemplos de deslocamento
miscível, tem-se a lixiviação de sais no solo e a conseqüente movimentação de íons no
perfil do solo.
Para Dodds et al. (1998) quando os fertilizantes se movimentam para camadas
inferiores do solo, tornam-se inacessíveis às plantas e se transformam em risco de
contaminação das águas subterrâneas.
Segundo Vieira e Ramos (1999), o nitrogênio, em todas as suas formas, se
movimenta livremente no solo, como é o caso do NO3-, em que o nitrogênio é menos
suscetível à adsorção pelos colóides do solo, estando sujeito a perdas por lixiviação e
redução.
Segundo Garcia (2003), o fósforo, em geral, tem pouca movimentação na
maioria dos solos, em especial nos argilosos, em virtude da forte adsorção e a
formação de precipitados com os constituintes do solo. O cálcio e o magnésio tem
menos mobilidade no solo, ficando retidos nas superfícies da argila e da matéria
orgânica, que são carregadas negativamente.
De forma geral, pode-se dividir os mecanismos de transporte de solutos no solo
em processos físicos e químicos. O item 3.2.2 e 3.2.3 abordam os principais processos
físicos e químicos, respectivamente.
3.3.2 – Processos Físicos 3.3.2.1 - Advecção
Segundo Queiroz (2003) este é o mecanismo de transporte para fluidos livres em
movimento como ventos, rios e oceanos. Quando o fluido percola através de um meio
poroso como o solo, este tipo de transporte é chamado advectivo. Neste caso parte do
volume por onde o fluido permeia está ocupado por sólidos, sendo o fenômeno que
ocorre predominantemente em meios descontínuos, de alta permeabilidade, como
areias, argilas fissuradas e rochas fraturadas.
8
Para Shackelford (1993) a advecção é o processo pelo qual os solutos são
transportados pelo fluido (água, em geral), na direção das linhas de fluxo, devido a um
gradiente na carga hidráulica total, sem que ocorra alteração de sua concentração na
solução. Pode variar muito, em função da condutividade hidráulica do solo
3.3.2.2 - Dispersão Hidrodinâmica
Segundo Freeze e Cherry (1979), no processo de dispersão hidrodinâmica
ocorre o espalhamento do soluto no meio poroso. Assim o contaminante passa a
ocupar um volume maior do que se ocorresse apenas transporte por advecção. Desse
modo, decresce o pico de concentração, enquanto a frente de contaminação
movimenta-se mais rapidamente.
A dispersão hidrodinâmica é um fenômeno composto por duas parcelas:
dispersão mecânica (Dm) e difusão molecular (D). Estes fenômenos uniformizam as
concentrações dos solutos, sendo a difusão causada por um gradiente de potencial
químico, que resulta na migração do soluto de regiões de maior concentração para as
de menor concentração. Este fato pode explicar casos reais, nos quais, em meios de
permeabilidade muito baixa, a difusão possa vir a ser o fenômeno de transporte
predominante.
O coeficiente que descreve a dispersão hidrodinâmica (Dh) pode ser descrito
como a soma dessas duas parcelas (Freeze e Cherry, 1979). Matematicamente, é um
processo que pode ser descrito de acordo com a Equação 3.1.
Dh = Dm + D (3.1)
Em que:
Dh = coeficiente de dispersão hidrodinâmica (L2 T-1);
α = coeficiente de mistura mecânica ou dispersividade (L);
v =velocidade de percolação do fluido (L.T-1);
D = coeficiente de difusão molecular do soluto no meio (L2 T-1).
9
Para Cremasco (1998), a difusão consiste no transporte causado pelo
movimento Browniano das moléculas (onde a mobilidade de uma molécula é devida à
agitação térmica do meio em que ela se encontra) que se agitam aleatoriamente
tendendo a uniformizar a distribuição do soluto no solvente. Segundo Queiroz (2002),
esta uniformização é muito lenta e até meados da década de 80 era considerada
desprezível em problemas ambientais.
3.3.2.3 - Dispersão Mecânica
Segundo Nobre (1987), dispersão mecânica é um fenômeno que provoca um
espalhamento de solutos devido às variações de velocidade do fluido dentro do meio
poroso.
Já segundo Freeze e Cherry (1979), em uma escala microscópica, a dispersão
mecânica é o resultado de três mecanismos básicos. Primeiramente, acontece em
canais individuais, quando a rugosidade superficial dos poros promove maior atrito
entre as moléculas que, por isso, movem-se mais lentamente nessa posição que no
centro do canal (Figura 3.1a). O segundo processo depende do tamanho dos poros na
trajetória, sendo que a diferença na área superficial de contato entre o fluido e a
superfície rugosa promove velocidade maior em poros de maior diâmetro e velocidade
menor em poros de menor diâmetro (Figura 3.1b). O terceiro processo está relacionado
com a tortuosidade, ou comprimento da trajetória de fluxo (Figura 3.1c), sendo a
velocidade mais lenta quanto maior for a tortuosidade dos poros.
Figura 3.1 - Mecanismos físicos de mistura mecânica em escala microscópica. Fonte: Freeze e cherry (1979)
10
A dispersão pode ser dividida em duas componentes: uma longitudinal e outra
transversal à direção do fluxo. Geralmente a dispersão longitudinal é cerca de dez
vezes maior que a transversal.
Dentre as principais causas da dispersão mecânica está o fato de o fluido no
meio poroso não apresentar velocidade constante igual à velocidade média de
advecção, e também pode-se citar a tortuosidade dos poros do solo, onde a geometria
do meio poroso pode fazer com que as linhas de fluxo próximas se afastem. 3.3.2.4 - Difusão molecular
Freeze e Cherry (1979) definem difusão molecular como o processo no qual os
constituintes iônicos e moleculares se movem sob a influência da energia cinética na
direção do gradiente de concentração. Uma vez estabelecido o gradiente, as moléculas
e íons tendem a se deslocar das regiões de maior concentração para as de menor,
visando o equilíbrio. O transporte difusivo ocorre mesmo na ausência de fluxo
hidráulico.
Fetter (1993) está de acordo com Freeze e Cherry ao afirmar que a difusão é o
processo pelo qual tanto as espécies iônicas ou moleculares dissolvidas em água se
movem de regiões de maior concentração para regiões de menor concentração.
A difusão ocorre em solos a uma taxa definida pelo coeficiente de difusão efetiva,
De (L2T-1). Em solos de granulometria fina, em que as velocidades de fluxo são
comumente baixas, a difusão molecular é o mecanismo de contaminação
preponderante.
A difusão tende a ser atenuada em solos não saturados, em função do aumento
da tortuosidade nas linhas de fluxo. Porém é de se esperar que a dispersão mecânica
aumente em função do “afunilamento” dos canais de fluxo. Este fato é pouco
considerado em implementações numéricas que visam contemplar o fenômeno do
transporte advectivo em um solo não saturado submetido a um fluxo imposto.
O coeficiente de difusão molecular (Dm) é indiretamente dependente do teor de
umidade, pois depende da tortuosidade do solo. À medida que o teor de umidade
diminui, o caminho efetivo que o fluxo percorre, aumenta.
11
3.3.3 – Processos Químicos 3.3.3.1 - Sorção
Sorção é a partição de espécie químicas entre fases de solução e de solvente.
Neste processo, quando moléculas dissolvidas deixam a fase líquida e entram na fase
sólida diz-se que ocorreu adsorção. Quando as moléculas deixam a fase sólida e
entram na fase líquida diz-se que ocorreu dessorção. Seja qual for o sentido do
deslocamento, a partição continua até haver o equilíbrio.
Para Pignatelo (1989) o fenômeno da sorção consiste na impregnação de uma
substância dissolvida em um fluido na parte sólida de um meio poroso durante a
percolação. A ocorrência da sorção é muitas vezes considerada através de um fator de
retardamento nas equações do transporte advectivo-dispersivo. Este fator é
proporcional à intensidade da reação de sorção.
Segundo Rowe et al. (1995), sorção é o processo em que se remove o
contaminante da solução, independente da natureza do processo, podendo incluir troca
catiônica ou partição de compostos orgânicos na matéria orgânica sólida. Dessa forma
e, estando de acordo com diversos autores, a sorção inclui os processos de adsorção,
absorção, sorção química e troca iônica.
Segundo Nobre et al (1987), a adsorção é um fenômeno de retardamento, no
qual a velocidade efetiva das espécies químicas é menor do que a da água
contaminada.
Entende-se por dessorção a transferência de átomos, moléculas ou agregados
de um sólido para a fase gasosa ou líquida. È o processo em que o soluto é liberado
das partículas de solo para o fluido intersticial.
A absorção acontece no momento em que o soluto sofre difusão no interior das
partículas porosas; o soluto é sorvido para o interior das partículas (1997).
O processo em que o soluto é incorporado à partícula sólida por uma reação
química corresponde à sorção química.
Ao entrar em contato com a água muitas substâncias orgânicas e muitos
minerais são capazes de atrair moléculas de água ou íons ou liberar alguns
constituintes, devido a processos fícico-químicos de adsorção e de sorção química.
12
Quando as posições das espécies iônicas são trocadas, o processo é denominado
troca iônica.
De acordo com a EPA (1992), a adsorção química uma ligação química real,
geralmente covalente, entre uma molécula e átomos superficiais, em que a molécula
pode perder sua identidade quando os átomos são rearranjados, formando novos
compostos.
A formulação matemática que relaciona a concentração de espécies adsorvidas
nos sólidos e a concentração na solução é geralmente referida como isoterma. É pelo
coeficente de distribuição Kd ou pela função de distribuição Kf a maneira mais utilizada
para se quantificar esse processo. Segundo Freeze e Cherry (1979), quando a isoterma
é linear, este coeficiente também atua como um indicador da mobilidade de um
poluente num fluxo subsuperficial.
O conhecimento dos fenômenos de adsorção e de dessorção tem auxiliado a
criar novas metodologias de remediação para amenizar os impactos ambientais
produzidos no solo.
3.3.3.2 – Fator de retardamento e o coeficiente dispersão-difusão
Para Fetter (1993), no processo de adsorção, alguns solutos em percolação no
solo, passam se movendo mais lentamente do que a água freática que os transporta.
Este efeito é chamado de retardamento. Desse modo, um modo de introduzir os
processos de sorção na equação advecção-dispersão do transporte de solutos é
considerar o transporte em termos de retardamento do movimento dos contaminantes,
com a utilização de um fator de retardamento, R, que representa a razão entre a
velocidade do fluido e a velocidade de transporte para o centro de massa de um soluto
reativo (Freeze et al. 1979).
Segundo Matos et al. (1998), o retardamento é inversamente proporcional a
relação entre mobilidade e adsorção de solutos à fração sólida ou às condições do
meio, que favoreçam a precipitação dos íons. A adsorção faz com que os íons
mantenham intercâmbio com aqueles presentes na solução do solo, proporcionando,
ora sua adsorção na fração sólida do solo, ora disponibilização no meio aquoso.
13
Segundo Garcia (2003), a existência de diversas espécies de cátions no solo
promove competição entre eles, facilitando a lixiviação daqueles com menor poder de
adsorção pelos sítios da matriz sólida, o que constitui uma advertência quanto ao risco
de contaminação dos mananciais de água subterrânea.
Para Campos e Elbachá (1991), o fator de retardamento é a capacidade de
retenção ou efeito tampão do solo, para um elemento ou composto existente em um
resíduo. Já para Valocchi (1984), o fator de retardameno representa a defasagem entre
a velocidade de avanço de um soluto e a velocidade de avanço da frente de
molhamento da solução percolante. È uma característica que, indiretamente expressa a
capacidade do solo em reter íons.
O coeficiente dispersivo-difusivo, para Van Genucheten e Wierenga (1986), é
uma característica física da equação de transporte de solutos, que expressa o efeito
aditivo de dois fenômenos de mistura na interface de dois solutos.
3.3.3.3 - Decaimento de Primeira Ordem
A seguir é apresentada a Equação 3.2 que descreve o mecanismo do
decaimento de primeira ordem:
dC = -KoC eq. (3.2)
dt
Em que C é a concentração do contaminante; t é o tempo e ko, também
conhecido por �, é a constante de decaimento de primeira ordem (sendo igual a
0,693/T, onde T é a meia-vida do contaminante). Ao integrar a Equação 3.2 obtém-se a
Equação 3.3, onde verifica-se que C decai exponencialmente com o tempo:
C = Co exp(-Kot) eq. (3.3)
O decaimento pode ser radiativo ou devido à biodegradação.
14
3.4 - Equação Transiente e Unidimensional de Transporte de Massa
O transporte transiente de espécies químicas através de um material saturado é
baseado na conservação de massa de um volume elementar representativo ou volume
de controle de solo ( Freeze et al., 1979).
A Equação Geral do Transporte de Massa através de Meios Porosos Saturados,
é expressa pela Equação 3.4, em que a velocidade e coeficiente de Dispersão são
constantes e uniformes.
eq. (3.4)
C(x,t) = Concentração de Soluto CGvD i
XXt ∂∂ 2
CCC λ−∑−∂
−∂
=∂∂ 2
D= Coeficiente de Dispersão
V= Velocidade média de fluxo
ts
npb
∂∂
−G∑ = reações de retardamento =
Cλ = kC = Decaimento radiativo
A solução analítica da Equação 4 é representada pela Equação 3.5, que foi
obtida por Ogata (1971) citada em Nobre (1987), onde D’ e V’ são, respectivamente, a
dispersão aparente e a velocidade aparente.
(3.5)
onde, pela Equação 3.6 tem-se que:,
y
∫o e – X2 dx (3.6) erfc y = função complementar de erro = 1 – 2 √╓
A Equação 3.7 e a Equação 3.8 fornecem, respectivamente, a velocidade
retardada e o coeficiente de dispersão:
15
V’ = v (3.7)
R
D’ = D (3.8)
R
Em que v é a velocidade do fluxo obtida pela lei de Darcy descrita pela Equação
3.9 e n é a porosidade e K é a permeabilidade, obtida pelo ensaio de permeabilidade à
carga constante ao vinhoto.
v = (k * i) / n (3.9)
16
4 – Descrição dos Materiais
4.1 – Solo
O solo utilizado é da região do município de Campos dos Goytacazes, localizado
na Região Norte do Estado do Rio de Janeiro, a aproximadamente 279 km da capital
estadual, Rio de Janeiro (Figura 4.1). Abrange uma área de 4.037 km2, sendo o maior
município do Estado. Possui uma população de cerca de 406.989 (quatrocentos e seis
mil novecentos e oitenta e nove) habitantes, segundo o censo do IBGE (2002). A
rodovia federal BR-101 atravessa o município longitudinalmente e é responsável por
boa parte do escoamento da produção agrícola, dos produtos cerâmicos, de petróleo,
etc.
220000
220000
280000
280000
7600
000
7600
000
7600
000
7600
000
7700
000
7700
000
Campos Brasil
Figura 4.1 – Localização da área de estudo.
Fonte: IBGE 2002
A amostra de solo utilizada foi retirada na área de empréstimo de material de
cobertura das pilhas de lixo município. A Figura 4.2 mostra o local de coleta das
amostras. Esta área foi escolhida porque é próxima a canaviais e o solo mostrou boas
17
condições para se trabalhar. Levando-se em consideração a realização de ensaios de
percolação em colunas, foi necessário escolher um solo que não fosse muito argiloso, o
que acarretaria em grande espaço de tempo para a execução dos ensaios. Ao mesmo
tempo, não se poderia escolher um solo muito arenoso porque mecanismos de
transporte como a sorção e a difusão molecular não seriam bem representados.
Figura 4.2 – Área escolhida para coleta da amostra
4.2. – Visita a campo para reconhecimento da área e coleta de vinhoto
Realizou-se uma visita de campo a uma usina produtora de álcool da região com
o intuito de se entender o processo de produção de álcool, bem como a geração e
destinação do vinhoto. O vinhoto é descartado das destilarias a uma temperatura que
varia em torno de 105ºC e conduzido por canais, conforme as Figuras 4.3 ou
armazenado em lagoas, como mostrado na Figura 4.4. Uma outra parte é utilizada na
fertirrigação dos canaviais.
18
Figura 4.3 – Vinhoto conduzido em canais Figura 4.4 – Vinhoto armazenado em lagoas
Verifica-se no vinhoto conduzido pelos canais ou já nas lagoas de
armazenamento a formação de espuma, conforme a Figura 4.5, sugerindo intensa
atividade microbiana. Essa constatação também foi observada em laboratório ao se
manter ao ar livre algumas amostras.
Figura 4.5 – Formação de espuma no vinhoto
Foram coletados cerca de 80 litros de vinhoto à temperatura de 105º. As
amostras foram armazenadas em recipientes plásticos.
19
Ao chegar ao laboratório, o vinhoto já se encontrava a temperatura ambiente e
foi mantido em sala com ar condicionado a 25º C. Os recipientes plásticos foram
mantidos abertos para poderem ter contato com o ambiente.
Cada amostra foi posta em um refrigerador em seu devido tempo, de acordo com
a programação, para análises químicas posteriores.
5 - Programação dos Ensaios de Laboratório
20
5.1 - Considerações Gerais
Com a coleta do solo no Distrito Industrial de Campos e do vinhoto na USINA da
COAGRO, procedeu-se o início das atividades experimentais que consistiram de
ensaios de caracterização do solo, ensaios de caracterização do vinhoto e ensaios
“especiais” executados para se avaliar a interação solo-vinhoto.
Com o solo foram executados ensaios corriqueiros de geotecnia, cujos objetivos
são determinar a distribuição granulométrica, avaliar a plasticidade da fração fina, e
determinar a densidade dos grãos. Foram também executados ensaios de
compactação PROCTOR NORMAL, ensaios de permeabilidade a carga variável e
constante com corpos de prova compactados. A composição química foi determinada
através de ensaios de Fluorescência de Raio X (EDX) e de ensaios na FUNDENOR
executados de acordo com o Manual de métodos de análises de solo publicado pela
Embrapa em 1997, sendo os métodos utilizados nas análises relacionados na Tabela
5.1.
Tabela 5.1 – Métodos utilizados nas análises
21
Métodos utilizados nas análises dos solos
ROTINA BÁSICA MICRONUTRIENTES
Argila: densímetro S: Fosfato de Ca 500 mg P/L
pH: pH Água Zn: HCl 0,1 mol/L
NC: pH SMP Cu: HCl 0,1 mol/L
P: Mehlich-I B: Água quente
K: Mehlich-I Mn: KCl 1 mol/L
MO: Combustão úmida Fe: Oxalato de amônio 0,2 mol/L
Al trocável: KCl 1 mol/L Nitrato (NO3-) e Amônio(NH4+)
Ca trocável: KCl 1 mol/L Carbono
Mg trocável: KCl 1 mol/L Nitrogênio total
Acidez total pH 7: pH SMP P resina em KCl 2 M quente
Com o vinhoto, foram realizadas análises microbiológicas e químicas. A análise
microbiológica foi realizada no Laboratório de Biotecnologia (LBT) do Centro de
Biociências e Biotecnologia (CBB) da UENF, enquanto que a análise química foi
executada na FUNDENOR, de acordo com Rodela (1977). Para uma análise preliminar
do comportamento do vinhoto foram realizadas medidas do pH e da densidade do
mesmo durante as primeiras semanas de estudo. Para analisar a possibilidade de
decaimento biológico do vinhoto foi realizado um ensaio intitulado “Estudo da
degradação biológica do vinhoto”, não preconizado em normas.
Finalmente, para avaliar a interação solo-vinhoto foram realizados ensaios em
coluna e ensaios não especificados em normas como o ensaio de interação direta do
solo e do vinhoto.
5.2 – Caracterização física do solo
22
Inicialmente, os ensaios de caracterização seguiram os procedimentos
preconizados nas normas técnicas da ABNT apresentadas a seguir:
Preparação das amostras para ensaios de caracterização – NBR6457
Análise granulométrica (Peneiramento e sedimentação) - NBR7181/84
Determinação dos limites de consistência - NBR7180/84 & NBR6459/84
Densidade dos grãos – NBR6508
Classificação dos grãos – NBR6502
Para o ensaio de compactação utilizou-se o método Proctor Normal segundo a
norma da ABNT NBR-6457/86, de onde se obteve a curva de compactação para a
determinação da umidade ótima do solo e a densidade aparente seca máxima. O
material desse ensaio foi mantido em uma câmara úmida para posteriormente ser
utilizado em ensaios de permeabilidade à carga variável
5.3 - Ensaios de Permeabilidade 5.3.1 - Ensaios de permeabilidade á carga variável
Foram realizados ensaios de permeabilidade à água à carga variável utilizando
uma amostra de solo compactada no cilindro de compactação Proctor Normal para
efeito de se obter um valor a ser utilizado no dimensionamento dos corpos de prova e
no ensaio em coluna. Foi utilizado um permeâmetro de carga variável conforme o da
Figura 5.1.
23
Figura 5.1 – Permeâmetro de carga variável
Em seguida, procedeu-se a execução do ensaio de permeabilidade utilizando-se
o vinhoto como efluente durante cerca de dois meses, período no qual houve um
acompanhamento contínuo os valores do pH e da temperatura.
5.3.2 - Confecção dos corpos de prova
Os corpos de prova foram obtidos por meio do ensaio de compactação Proctor
Normal segundo as normas da ABNT NBR-6457/86. O material resultante localizado no
cilindro de compactação foi extraído e talhado manualmente até se obter um corpo
cilíndrico de aproximadamente 5cm de diâmetro por 5cm de altura como foi
estabelecido pelo dimensionamento das colunas. O processo foi repetido até se obter
inicialmente três corpos de prova.
Para cada corpo procurou-se impor uma umidade próxima da ótima e foram
calculados seus respectivos índices físicos. A Tabela 5.2 relaciona os valores obtidos.
Tabela 5.2 – Índices físicos dos corpos de prova
24
CP 1 CP 2 CP 3 Dâm 4,92 4,92 4,85
H 4,99 5,03 5,02 Área 19,01 19,01 18,47
Vol. (cm3) 94,81 95,62 92,74 Mt 174,17 182,4 185,7
Umidade (%) 14,02 15,57 15,00 G 2,78 2,78 2,78
Peso Esp. Total (kN/m3) 18,0 18,7 19,6 Peso Esp. Aparente (kN/m3) 15,8 16,2 17,1
e 0,73 0,68 0,60 n 42,0 40,6 37,3
Vv 39,8 38,8 34,5
5.3.3 - Ensaios de permeabilidade à carga constante
O primeiro passo foi a confecção de corpos de prova compactados no cilindro
Proctor Normal. Em seguida, foi montado um sistema de percolação em corpos de
prova instalados em colunas cilíndricas que, pela imposição de gradientes hidráulicos,
serviram como permeâmetros de carga constante.
Os corpos de prova foram denominados de CP01, CP02 e CP03 e os gradientes
hidráulicos escolhidos para cada um foram, respectivamente, de 20, 15 e 10.
Os ensaios foram inicialmente realizados com água e em seguida com vinhoto.
5.4 – Caracterização química do solo
Foram utilizadas para as análises químicas do solo as amostras obtidas com o
ensaio de interação direta do solo e do vinhoto e também uma amostra de solo sem
contaminação. As análises se basearam na medição do pH e dos níveis de fósforo,
potássio, cálcio, magnésio, alumínio, sódio, carbono, matéria orgânica, CTC
(capacidade de troca catiônica), ferro, cobre e zinco e também em ensaios EDX.
5.4.1 – Ensaio de Interação Direta do Solo e do Vinhoto
25
Ensaio não prescrito em normas, que teve por princípio observar a interação da
combinação de vinhoto e solo por diferentes intervalos de tempo. Teve como
fundamento a mistura em cinco recipientes, volumes iguais de vinhoto e de solo
(750ml). Cada recipiente foi deixado ao ar livre para interação entre o solo e o vinhoto,
sendo que o material do primeiro recipiente foi retirado e preparado para análise uma
semana após a mistura, o segundo duas semanas, o terceiro um mês, o quarto dois
meses e o último após quatro meses de interação. Essas amostras foram enviadas para
análise química na FUNDENOR e também para ensaio de EDX.
5.4.2 – Ensaios EDX
As amostras utilizadas na caracterização química do solo também foram
submetidas a ensaios realizados com a utilização de um espectrômetro de
Fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva, que é utilizado para determinar a
presença e a quantidade de praticamente todos elementos da tabela periódica, de sódio
a urânio, passando pelo carbono, que poucos equipamentos detectam.
O espectrômetro de fluorescência de raios-X é um instrumento que determina
quantitativamente os elementos presentes em uma determinada amostra através da
aplicação de raios-X na superfície da amostra e a posterior análise dos fluorescentes
raios-X emitidos. A técnica de fluorescência de raios-X é não-destrutiva para todos os
tipos de amostras, incluindo sólidos, líquidos, pós, discos, etc.. A Figura 5.2 ilustra o
equipamento utilizado.
26
Figura 5.2 - Espectrômetro de Fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva
5.5 - Caracterização do vinhoto
5.5.1 - Variação da densidade e pH do Vinhoto
Para se verificar a variação do pH e densidade do vinhoto colocaram-se 1000ml
de vinhoto em uma proveta onde foram realizadas medições de pH e leituras de
densímetro por um período de quase dois meses. Durante esse período registraram-se
as variações de temperatura. 5.5.2 – Análise química do vinhoto
Foram realizadas análises com duas amostras; uma filtrada (1B) e outra não (1A).
Em ambas foram medidos o pH e os níveis de nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio,
magnésio, carbono, sódio, ferro, cobre, zinco e manganês.
Foram realizadas também análises na FUNDENOR, segundo Rodela (1977),
considerando apenas nitrogênio e potássio, para as amostras do estudo da degradação
biológica do vinhoto e para todas amostras obtidas nos ensaios de percolação em
colunas nos corpos de prova 1, 2 e 3.
27
5.5.3 - Estudo da degradação biológica do vinhoto
Uma tentativa de se tentar quantificar o processo de degradação biológica do
vinhoto, com relação ao nitrogênio e ao potássio, se deu a partir do momento da coleta
na usina. Várias amostras foram armazenadas em recipientes plásticos e, cada uma a
seu tempo foi posta em um refrigerador para análises químicas posteriores. Ao chegar
ao laboratório, os recipientes plásticos foram mantidos abertos para poderem ter
contato com a atmosfera.
O primeiro caso é o da amostra de um dia após a coleta. Em seguida, a amostra
de dois dias após a coleta e, sucessivamente, para quatro dias, oito dias, quinze dias,
um mês, dois meses e cinco meses.
5.5.4 - Análise Microbiológica do Vinhoto
Tendo em vista o aparecimento de uma espuma amarelada na proveta,
sugerindo que um processo de degradação biológica estava em andamento, foram
encaminhadas ao Laboratório de Biociências e Biotecnologia da Universidade Estadual
do Norte Fluminense para análise microbiológica, duas amostras de vinhoto para
eventuais comparações, sendo uma mantida congelada desde o momento da coleta e a
outra à temperatura ambiente.
Foi utilizada a técnica de isolamento de bactérias, que é fundamentalmente
usada para se obter cultura pura de amostras, que possivelmente contenham
populações mistas. Este procedimento levou à formação de colônias isoladas através
da semeadura em estrias na superfície dos meios sólidos Ágar com caldo nutritivo e
BHI, (Brain Heart Infusion) que é um extrato nutritivo para reprodução e
desenvolvimento dos microorganismos. O método se presta, também, a estudo de
caracteres culturais.
As placas de Petri inoculadas utilizando uma alça de platina, fazendo uso da
técnica de estrias em quadrantes, foram incubadas invertidas na estufa, para evitar que
durante a incubação, a água de condensação na superfície dos meios, provocasse
crescimento confluente, o que impediria a formação de colônias isoladas. A temperatura
28
de incubação foi mantida a 30°C, em um período de 24 a 72 horas, até que colônias
isoladas fossem visualizadas.
De acordo com a programação dos ensaios, na seqüência são realizados
ensaios de percolação em coluna. O capítulo 6 engloba os fundamentos gerais desses
ensaios e também etapas como o dimensionamento dos corpos de prova utilizados e a
montagem do sistema.
29
6 - Ensaios em colunas 6.1 – Fundamentos e montagem do sistema
Um importante método utilizado para analisar a interação entre o solo e o vinhoto
é o ensaio em coluna, onde o fluxo de efluentes, que no caso é o vinhoto, se dá na
direção vertical, o que oferece a grande vantagem de se poder trabalhar com apenas
uma dimensão, facilitando a interpretação matemática do problema.
Neste ensaio é percolada a solução do vinhoto através de um corpo de prova
que se encontra no interior de uma câmara cilíndrica. Esse corpo de prova é envolvido
por uma membrana de látex para isolá-lo e protegê-lo de qualquer contato com a água
que fica ao seu redor preenchendo o restante da coluna e aplicando uma tensão de
confinamento.
Inicialmente os ensaios são realizados com água destilada, com o intuito de se
verificar vazamentos, aumentar o grau de saturação dos corpos de prova e se realizar
ensaios de permeabilidade à carga constante. Em seguida, a água é substituída por
vinhoto.
São três colunas montadas simultaneamente e em cada coluna existem três
conexões de entrada ou saída. Há uma conexão entre a coluna e um recipiente
contendo água, localizado a uma certa altura tendo por objetivo impor uma tensão
confinante à amostra do solo para impedir que haja passagem de água entre a
membrana e o corpo de prova.
A segunda conexão da coluna é destinada à ligação com um frasco de mariotte,
onde o vinhoto é armazenado. Cada frasco se encontra a uma certa altura em relação à
base da coluna onde é montado o corpo de prova, de modo a determinar um gradiente
específico para cada coluna. Assim, cada coluna se encontra conectada a um vaso de
mariotte, com uma altura diferente para cada caso.
O frasco, além se ser utilizado para armazenar o vinhoto, serve principalmente
para a manutenção de uma carga constante. O mariotte consiste de um tubo imerso
dentro do líquido contido em um recipiente que possui uma saída na base, que pela
qual uma mangueira faz a ligação entre o frasco e a coluna.
30
A terceira conexão da coluna é reservada para a saída do vinhoto após a
passagem do mesmo pelo corpo de prova. É usado um tubo, que por onde o vinhoto é
conduzido até uma bureta, onde é coletado para ser submetido às análises. É realizada
periodicamente a coleta para que se possa determinar a sua concentração. A Figura
6.1, mostra a montagem do sistema, onde A representa a coluna, B representa o
mariotte e C representa o sistema de pressão.
C água
Mangueira de nível B
água
A
Bureta 50ml suporte
Figura 6.1 - Sistema de percolação em colunas
31
Antes da realização dos ensaios com vinhoto, os corpos de prova foram
saturados com água destilada e em seqüência realizados ensaios de permeabilidade à
carga constante à água. Em seguida, deu-se início aos ensaios de percolação com
vinhoto, que foi previamente filtrado para eliminação de impurezas.
Simultaneamente foram realizadas medidas de permeabilidade à carga
constante. Deve-se ressaltar que o vinhoto utilizado no ensaio foi filtrado com filtro
quantitativo faixa azul, para se eliminar impurezas e uma amostra de 10ml desse
vinhoto foi mantida congelada.
Para cada coluna coletou-se um total de 25 amostras de 10ml cada, o que
representa uma percolação total de aproximadamente seis vezes o volume de vazios
de cada corpo de prova. O tempo de percolação para os corpos de prova CP01 e CP02
foi de aproximadamente 45 dias e para o CP03, 75 dias. As amostras foram
armazenadas em tubos Falcon e em seguida foram mantidas em um refrigerador para
análises.
Após a percolação de todas as amostras de todos os corpos de prova, todo o
material coletado foi submetido a análises químicas, com o intuito de se medir as
concentrações de nitrogênio na forma total e de potássio.
6.2 – Curvas de chegada
Com a concentração medida ao longo do tempo e traçando-se os resultados em
um gráfico em termos de concentração relativa (C/Co), em função da razão entre o
volume percolado (Vp) e o volume de vazios da amostra (Vv), que fornece o número de
volumes de poros, obtém-se uma curva normalizada. Esta é denominada curva
característica do transporte ou curva de chegada, também conhecidas em inglês como
breakthrough curves. É plotada uma curva característica de transporte para cada
elemento de vinhoto analisado.
O programa computacional DISP, desenvolvido pelo departamento de
engenharia agrícola da Universidade Federal de Viçosa (UFV), fornece essas curvas
características, sendo os dados de concentração relativa e o número de volume de
poros como dados de entrada. A Figura 6.2 mostra a página inicial do programa, onde
32
se pode ver no canto esquerdo o local em que se introduz dos dados de concentração
relativa e número de volume de poros. São utilizados também como dados de entrada o
teor de água, a densidade do solo, fluxo e altura do corpo de prova.
Figura 6.2 – Página inicial do programa computacional DISP
Obtém-se o fator de retardamento, R, diretamente através das curvas
características do transporte. Para tal faz-se uso de um processo usual de se
considerar o fator de retardamento com valor aproximado ao do número de volume de
vazios percolado quando a concentração relativa é de 0,5, como mostra a Equação 6.1.
R = V(C = 0,5Co)/Vv eq. (6.1)
33
6.3 – Coeficiente de dispersão ‘D’
Nobre (1987) sugere uma metodologia para a obtenção do coeficiente de
dispersão D onde o primeiro passo é a obtenção do fator de retardamento R como
descrito anteriormente, em seguida, fazendo-se uso da Lei de Darcy, descrita pela
Equação 3.9, obtém-se o valor da velocidade de percolação do fluido. A partir disso
pode-se obter o valor da velocidade aparente V’, descrita pela Equação 3.7.
Partindo-se da solução analítica da equação transiente unidimensional de
transporte de massa, expressa pela Equação 3.5, pode-se encontrar o valor do
coeficiente de dispersão aparente D’ e com uso da Equação 8 obtém-se o valor de D.
Esta equação pode ser resolvida pelo DISP.
Para se obter o coeficiente de dispersividade, α, e a difusão molecular, Dd, é
necessário executar ensaios com diferentes valores de gradiente hidráulicos, sendo
necessária a utilização de pelo menos três experimentos e, por regressão linear, de
acordo com a equação 1, determinar os coeficientes.
6.4 - Dimensionamento das colunas
É uma etapa que antecede a construção das colunas. Deve-se ter em mente o
fator tempo de modo a se dimensionar as colunas onde o tempo de percolação não
seja muito extenso, mas que seja o suficiente para que os processos químicos ocorram.
O primeiro passo é dimensionar o corpo de prova a ser utilizado nas colunas.
Para tal, utilizou-se o conceito de número de volume de poros que é definido como o
volume de fluido que atravessa a amostra em um intervalo de tempo dividido pelo seu
volume de poros. Da lei de Darcy (6.2), tem-se:
Q = K i A, onde Q = V / t, daí V / t = K i A: eq. (6.2)
Sendo:
K = permeabilidade (cm/s)
I = gradiente (m/m)
34
A = área (cm2)
V = volume percolado (cm3)
T = tempo (s)
Após várias tentativas com valores diferentes, por fim verificou-se que com
corpos de prova de 5cm de diâmetro por 5cm de altura a gradientes 10, 15 e 20, seria
possível a execução dos ensaios dentro de um prazo adequado. Com a utilização de
gradientes menores como 1 e 5, por exemplo, o tempo de percolação seria longo o
suficiente para que ocorresse a formação de camadas espessas de matéria orgânica
devido à degradação biológica do vinhoto, o que dificultaria a percolação e inviabiliza a
realização dos ensaios.
A permeabilidade utilizada para as estimativas foi extraída por meio de ensaio de
permeabilidade à carga variável.
O valor do volume utilizado acima para dimensionar o tempo é o volume de
vazios da amostra que é o produto do volume da amostra pela porosidade, estimada
em 40%. Estipulou-se um valor de seis volumes de vazios a serem percolados pelo
corpo de prova.
35
7 - Resultados e discussões
7.1 Caracterização física do solo
Os ensaios de sedimentação com hexametafosfato de sódio, vinhoto, água foram
acompanhados até que houvesse estabilização. Na Figura 7.1 é apresentada uma foto
ao final do ensaio, em que foram postas lado a lado as provetas contendo a
sedimentação com vinhoto, água destilada e hexametafosfato de sódio, representadas
pelas letras a, b e c, respectivamente. Pode-se observar maior aglutinação do material
nos casos de sedimentação com água destilada e, especialmente, no caso de
sedimentação com vinhoto. Como era de se esperar, é observado efeito dispersante na
sedimentação com hexametafosfato de sódio.
(c)(b)(a)
Figura 7.1 (a) sedimentação com vinhoto; (b) sedimentação com água destilada; (c) sedimentação com hexametafosfato de sódio
A distribuição granulométrica, obtida pelo ensaio de sedimentação e por
36
peneiramento grosso e fino, pode ser observada na Figura 7.2.
Figura 7.2 - Distribuição granulométrica do solo com diferentes procedimentos
Observa-se pelas Figuras 7.1 e 7.2 o efeito aglutinador do vinhoto se comparado
com a água destilada e o defloculante hexametafosfato de sódio.
Os limites de consistência também foram obtidos seguindo os procedimentos
prescritos nas normas brasileiras, porém, para efeito de comparação, utilizou-se uma
segunda situação onde o vinhoto foi adicionado ao solo. Os resultados são
apresentados na Tabela 7.1.
Observa-se que não existem diferenças significativas nos limites de consistência
obtidos com os diferentes procedimentos, podendo-se considerar os mesmos como
iguais. Deve-se destacar que os ensaios foram executados sem ter havido tempo de
cura.
37
Tabela 7.1 – Resultados dos ensaios de caracterização
Granulometria Limites de Consistência
Amostra Gs Argila %
Silte %
Fina %
Média %
Grossa %
Pedr. % LL LP IP A
Com defloculante 42,7 10,3 14,0 21,0 10,2 1,9
Sem defloculante 2,78 0,6 33,4 32,6 20,5 11,1 1,9 35 20 15 0,36
Com vinhoto 1,0 27,5 41,5 19,3 8,8 1,9 33 19 14 13,77
Pode-se atribuir a grande diferença do índice de atividade (Parâmetro A de
Skempton, onde A = IP/% < 2um) ao efeito da presença do vinhoto no ensaio de
sedimentação.
Observa-se que a amostra de solo é bastante argilosa, podendo ser classificada
como uma argila arenosa. No Sistema de Classificação Unificado a amostra de solo foi
classificada como uma argila de baixa plasticidade.
A curva de compactação obtida, apresentada na Figura 7.3, sugere a umidade a
ótima em torno de 16,6% e o peso específico aparente de 17,5 kN/m3.
Figura 7.3 – Curva de compactação
7.2 - Ensaios de permeabilidade
38
7.2.1 - Ensaios de permeabilidade á carga variável
Inicialmente os ensaios foram executados com água e duraram cerca de uma
semana, onde se obteve a permeabilidade média de 1,85 x10-7cm/s. O grau de
compactação atingiu 94%.
Em seguida, foram executados ensaios de permeabilidade à carga variável ao
vinhoto, sendo os resultados apresentados na Figura 7.4. Pode-se observar uma
tendência de queda do valor da permeabilidade ao longo do período de percolação.
As variações nas medidas de pH e da temperatura foram da ordem de 4,08 até
4,22 para o pH, e, de 23 º até 27º centígrados para a temperatura.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Tempo Decorrido (dias)
Per
mea
bilid
ade
(10E
-7 c
m/s
)
Figura 7.4 – Resultado dos ensaios de permeabilidade ao vinhoto à carga variável
7.2.2 - Ensaios de permeabilidade á carga constante
Para a realização dos ensaios o primeiro procedimento foi o de confeccionar os
corpos de prova. Os ensaios foram realizados inicialmente com água e em seguida com
vinhoto. Foi utilizado o gradiente de 20 para o corpo de prova 1, o de 15 para o corpo
de prova 2 e gradiente 10 para o corpo de prova 3.
39
7.2.2.1 - Ensaios de permeabilidade à carga constante com água
Após a confecção dos corpos de prova e montagem do sistema, de acordo com
a Figura 6.1, os vasos de Mariotte, preenchidos com água, foram conectados às células
cilíndricas portadoras dos corpos de prova dando início à percolação. Doze horas após,
os valores da relação volume percolado com tempo começaram a ser medidos.
Para o caso de percolação no CP01, a Figura 7.5 (a) mostra a relação de volume
percolado com tempo para a gradiente 20, de onde se obtém a permeabilidade de 9,4 x
10-6 cm/s. A Figura 7.5 (b) mostra a relação de volume percolado por tempo, a gradiente
15, de onde se obtém a permeabilidade de 1,62 x 10-6 cm/s. . A Figura 7.5 (c) mostra a
relação de volume percolado por tempo, a gradiente 10, de onde se obtém a
permeabilidade de 1,11 x 10-7 cm/s.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1440 3720 4620 6720 9540 12540 17520
Tempo Decorrido (s)
Vol
ume
Perc
olad
o (c
m3)
K = 9,4 x 10-6
Figura 7.5 (a) – Volume de água percolado por tempo para gradiente 20
40
0123456789
0 1440 3720 4620 6720 9540 12540 17520
Tempo Decorrido (s)
Volu
me
Perc
olad
o (c
m3)
'''
K = 1,62 x 10-6
Figura 7.5 (b) – Volume de água percolado por tempo para gradiente 15
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 1440 3720 4620 6720 9540 12540 17520
Tempo Decorrido (S)
Volu
me
Perc
olad
o (c
m3)
'''
K = 1,11 x 10-6
Figura 7.5 (c) – Volume de água percolado por tempo para gradiente 10
41
7.2.2.2 - Ensaios de permeabilidade à carga constante ao vinhoto
Ao término do ensaio de permeabilidade à carga constante à água, os vasos de
Mariotte foram desconectados das células cilíndricas para que a água fosse substituída
por vinhoto e, em seguida, foram conectados novamente dando início à percolação.
A Figura 7.6 (a) mostra a relação de volume percolado por tempo, a gradiente
20, de onde se obtém a permeabilidade de 2,9 x 10-6cm/s. A Figura 7.6 (b) mostra a
relação de volume percolado por tempo, a gradiente 15, de onde se obtém a
permeabilidade de 3,7 x 10-6cm/s. A Figura 7.6 (c) mostra a relação de volume
percolado por tempo, a gradiente 10, de onde se obtém a permeabilidade de 7,52 x 10-7
cm/s.
Os ensaios foram realizados em ambiente refrigerado a 24ºC.
0123
456
0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800
Tempo Decorrido (s)
Vol
ume
Per
cola
do (c
m3)
K = 2,9 x 10-6
Figura 7.6 (a) – Volume de vinhoto percolado por tempo para gradiente 20
42
0
1
2
3
4
5
6
0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800
Tempo Decorrido (s)
Volu
me
Perc
olad
o (c
m3)
K = 3,7 x 10-6
Figura 7.6 (b) – Volume de vinhoto percolado por tempo para gradiente 15
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 2880 5760 8640 11520 14400
Tempo (s)
Vol
ume
Perc
olad
o (c
m3) K = 7,52 x 10-6
Figura 7.6 (c) – Volume de vinhoto percolado por tempo para gradiente 10
43
Esses resultados foram obtidos durante uma semana de observações. Um mês
após, a coluna a gradiente 10, que ainda estava sendo observada, apresentou
resultados na casa de 10-8cm/s o que representa uma considerável redução.
Na Tabela 7.2 pode é apresentado um resumo dos resultados dos ensaios de
permeabilidade à carga constante tanto à água como ao vinhoto.
Tabela 7.2. Resultados dos ensaios de permeabilidade (1semana).
Corpo de Prova Efluente
CP01 CP02 CP03
I = 20 I = 15 I = 10
Permeabilidade à
água (cm/s) 9,4 x 10-6 1,62 x 10-6 1,11 x 10-7
Permeabilidade com
vinhoto (cm/s) 2,9 x 10-6 3,7 x 10-6 7,52 x 10-7
7.3 – Caracterização química do solo
Foram analisadas as concentrações de potássio, cálcio, magnésio, alumínio,
sódio, ferro, cobre, zinco, manganês e boro existentes em uma amostra do solo em
estudo. Avaliou-se também a capacidade de troca catiônica ‘CTC’ e os percentuais de
carbono e matéria orgânica. As amostras foram analisadas pela FUNDENOR e
também submetidas a ensaios EDX.
7.3.1 – Ensaio Interação Direta do Solo com Vinhoto
Os materiais utilizados para a realização desse ensaio foram 5 porções de uma
mistura de solo e vinhoto na proporção de 1:1. Estas amostras foram conservadas em
ambiente refrigerado a 24ºC com o objetivo de se verificar a interação entre o solo e o
vinhoto, sendo cada uma das amostras conservadas por um período de tempo
44
diferente.
A primeira amostra permaneceu em laboratório por uma semana, a segunda por
duas semanas, a terceira por um mês, a quarta por dois meses e a quinta por um
período de quatro meses.
7.3.1.1 – pH e Alumínio
Segundo Rosseto (1987) a aplicação de vinhaça promove a elevação do pH do
solo, do poder de retenção de cátions, da disponibilidade de nutrientes, da capacidade
de retenção de água e da atividade microbiana.
Pode-se contatar, por meio das análises, um caráter ácido da amostra de solo,
sendo que na primeira semana de interação com o vinhoto, cujo pH situa entre 4.0 e
4.5, ocorreu uma elevação da acidez do solo. Nas semanas seguintes e até o final dos
quatro meses de observação pode-se perceber um processo de recuperação do pH do
solo.
A presença de Alumínio no solo é condicionada pela acidez do solo. Na semana
inicial, quando foi verificado o processo de acidificação do solo, ocorreu uma acentuada
elevação na concentração do Alumínio, passando a ocorrer em seguida um processo
de redução da concentração. Quando o pH do solo se encontra entre 5,6 e 5,8 há o
desaparecimento desse elemento
A Tabela 7.3 mostra os resultados obtidos pela análise do pH, do Alumínio e de
hidrogênio mais alumínio da amostra de solo em seu estado natural citada no item
anterior e também os resultados das amostras do ensaio de interação direta do vinhoto
com o solo.
Tabela 7.3 – Relação entre o Al e pH do solo após 4 meses de interação solo/vinhoto.
Solo puro 1 semana 2 semanas 1 mês 2 meses 4 meses
pH 5,9 5,1 5,4 5,6 5,5 5,8
Al
mmolc/dm3
0,0 7,1 4,0 0,0 3,0 0,0
H + Al
mmolc/dm3
10,6 28,6 20,9 16,8 19,1 14,8
45
7.3.1.2 – Carbono e Matéria Orgânica (MO)
As análises apresentadas na Tabela 7.4 mostraram uma grande elevação, com o
tempo, dos teores de carbono e matéria orgânica. O que já era de se esperar devida à
intensa atividade microbiana do vinhoto verificada na análise microbiológica
apresentada mais adiante.
Tabela 7.4 – Relação entre C e MO após 4 meses de interação solo/vinhoto
Solo puro 1 semana 2 semanas 1 mês 2 meses 4 meses
C % 2,5 8,4 6,7 7,6 7,6 6,7
MO % 4,31 14,48 11,55 13,10 13,10 11,55
7.3.1.3 – Potássio, Magnésio, Cálcio, Sódio e Fósforo
De acordo com RODELLA; FERRARI, 1977; FREIRE; CORTEZ, (2000) o
potássio é o cátion predominante e de maior importância no vinhoto. Considerando a
aplicação de vinhoto na irrigação de canaviais, GLÓRIA (1985) relata que a cana é
altamente exigente em potássio e sua carência reflete não apenas na diminuição da
biomassa produzida, como também no menor acúmulo de açúcares no colmo,
explicado pela menor fotossíntese e pela menor translocação. Ocorre, também,
diminuição do crescimento da cana, além da formação de colmos mais finos com
internódios mais curtos (ORLANDO FILHO, 1977).
Os resultados das análises, apresentadas na Tabela 7.5, mostraram que após
quatro meses de interação entre o solo e o vinhoto, que houve grande elevação nos
teores de potássio, magnésio, cálcio e sódio, em que para o potássio a diferença é mais
expressiva que nos demais. O que corrobora com PENATTI et al., (1988), que afirma
que o vinhoto pode ser empregado como fertilizante orgânico, contendo alto teor de
matéria orgânica, potássio e água, sendo relativamente pobre em nitrogênio e cálcio,
com baixos teores de fósforo e magnésio.
46
Tabela 7.5 – Teores de potássio, magnésio, cálcio, sódio e fósforo.
Solo puro 1 semana 2 semanas 1 mês 2 meses 4 meses
K 0,1 36,3 34,1 40,7 44,1 44,1
Mg mmolc/dm3 4,3 19,1 18,6 16,6 32,0 18,9
Ca mmolc/dm3 16,0 32,8 30,3 24,9 35,5 30,1
Na mmolc/dm3 0,3 3,1 3,2 3,8 4,2 4,0
P mg/dm3 1 3 3 5 4 4
7.3.1.4 – Capacidade de Troca Catiônica (CTC)
De acordo com Santos (2006) a análise da CTC tem por finalidade determinar a
capacidade que os argilominerais têm em reter ou ceder os cátions trocáveis e a
determinação das seguintes relações:
• Valor SB (%) – Corresponde à soma das bases extraíveis de um solo e é
calculada pela soma de Ca+2, Mg+2, Na+, K+;
• Valor T (%) - Representa a atividade das argilas, relacionada a CTC, onde T= S
+ Al+3 + H+. Para valores iguais ou superiores a 27 cmolc/kg de argila, temos uma
atividade alta das argilas (Ta), e a atividade baixa (Tb), para valores inferiores a 27
cmolc/kg.
• Valor V (%) - corresponde à saturação das bases trocáveis onde V = S x 100/T.
Valores iguais ou superiores a 50% são considerados como de alta saturação,
classificando o material como eutrófico, enquanto valores inferiores a 50% determinam
baixa saturação, indicando materiais distróficos.
• (100Al3+/SB+Al3+) - É a saturação de alumínio trocável. Resultados maiores que
50% são classificados como álicos, o que significa que são solos com alumínio em
quantidades tóxicas para a vegetação.
47
A Tabela 7.6 mostra os resultados obtidos para a CTC, S, T, V e da saturação do
alumínio trocável.
Tabela 7.6 – CTC, Soma das Bases e Saturação.
Solo puro 1 semana 2 semanas 1 mês 2 meses 4 meses
CTC
mmolc/dm3
31,3 119,9 107,1 102,8 134,9 111,9
SB (soma das
bases)
20,7 91,3 86,2 86,0 115,8 97,1
V % 66 76 80 84 86 87
T 31,3 119,9 107,1 102,8 134,9 111,9
100Al3+/S+Al3+ 0,0 0,0 0,0
Todas essas análises estão de acordo com Ferreira (1980), citado por Busato
(2004), que afirma que a utilização de grandes quantias de vinhoto aumenta os teores
de K, Mg e Ca no solo, provocando elevação do pH e da CTC e redução de Al+3 e de
H+, podendo-se concluir que o seu uso pode dispensar a adubação potássica.
O valor de T na Tabela 7.7 mostra que a amostra utilizada pode ser considerada
uma argila de alta atividade. Com relação à saturação das bases trocáveis pode-se
considerar o material como eutrófico.
7.3.1.5 – Ferro, Cobre, Zinco, Manganês e Boro
Pode-se perceber pela Tabela 7.7, que o teor de ferro mais que centuplicou
durante as observações. Boom (2003) afirma que mais freqüentemente, as toxicidades
ao ferro são encontradas nos solos, especialmente naqueles de pH muito baixo ou em
solos com má drenagem. O excesso de ferro pode interferir na adsorção de manganês,
zinco, cobre, fósforo, cobalto e cálcio.
Boom (2003) relata também que os solos calcários são particularmente
propensos à deficiência de zinco, que provavelmente afetará as leguminosas antes das
48
gramíneas. Níveis elevados de zinco no solo podem reduzir a produtividade da
pastagem, especialmente em áreas onde os níveis de cobre encontram-se reduzidos.
Ao longo de quatro meses de interação os teores de manganês quase
decuplicaram. Para Boom (2003), o excesso de manganês é freqüentemente
encontrando em solos muito ácidos e em solos sujeitos a encharcamento e a plantas
variam em sua tolerância e necessidades de manganês, sendo difícil apresentar
números críticos genéricos. Os níveis de manganês nos solos variam
consideravelmente dependendo do tipo de solo e do teor de matéria orgânica. A
assimilação de manganês pelas plantas pode diminuir devido a níveis elevados de
ferro, cobre, zinco e fósforo disponíveis.
Tabela 7.7 – Níveis de Ferro, Cobre, Zinco, Manganês e Boro.
Solo puro 1 semana 2 semanas 1 mês 2 meses 4 meses
Fe mgdm3 5,12 38,20 49,31 169,00 319,9 720,00
Cu mgdm3 0,07 0,38 0,12 0,08 0,07 0,08
Zn mgdm3 0,22 0,65 0,79 1,07 0,87 0,85
Mn mgdm3 0,29 2,49 2,31 2,81 2,37 2,76
B mgdm3 0,65 0,95 0,84 0,82 0,77 1,16
7.3.2 – Ensaios EDX
As amostras utilizadas na caracterização química do solo também foram
submetidas a ensaios realizados com a utilização de um espectrômetro de
Fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva, que é utilizado para determinar a
presença e a quantidade de praticamente todos elementos da tabela periódica, de sódio
a urânio, passando pelo carbono, que poucos equipamentos detectam.
A Tabela 7.8 apresenta os resultados dos ensaios EDX realizados para uma
amostra, para a interação do vinhoto com o solo por uma semana, por duas semanas,
por um mês, por dois meses e por quatro meses.
49
Tabela 7.8 - Composição química do solo com vinhoto por meio de ensaio EDX
Solo puro 1 semana 2 semanas 1 mês 2 meses 4 meses
SiO2 55,383% 48,169 48,558 48,337 47,829 46,598
Al2O3 37,584 38,592 39,012 39,933 39,445 40,254
Fe2O3 2,998 5,801 5,393 5,106 5,384 5,794
K2O - - 0,955 0,966 0,943 1,160 1,021
SO3 1,775 2,540 2,390 2,174 2,448 2,439
TIO2 2,020 3,289 3,086 2,896 3,080 3,148
CaO 0,112 0,386 0,355 0,387 0,410 0,360
V2O5 0,055 0,078 0,074 0,094 0,082 0,173
ZrO2 0,073 0,190 0,165 0,130 0,163 0,214
Os resultados mostram que ocorreu uma redução de quase 10% nos percentuais
de óxido de silício em contraposição a uma elevação significativa de alumínio, ferro,
potássio, enxofre, titânio e cálcio. O que sugere haver um processo de adsorção desses
elementos enquanto há dessorção do silício. Fato evidenciado pelo crescimento
significativo da CTC.
7.4. Caracterização do vinhoto 7.4.1. – Variação da densidade e do pH do vinhoto
O vinhoto após ser coletado foi levado ao laboratório, onde se deu início ao
processo de acompanhamento da variação de pH e da densidade.
Para se verificar a variação do pH e da densidade do vinhoto foram realizadas
medições de pH e leituras do densímetro, em condições ambientais, por um período de
aproximadamente dois meses. O vinhoto foi colocado em provetas de um litro e as
medições foram efetuadas periodicamente. As Figuras 7.7 e 7.8 apresentam os
resultados dessa avaliação preliminar.
50
1,01351,014
1,01451,015
1,01551,016
1,01651,017
1,01751,018
1,0185
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Tempo Decorrido em dias
Den
sid
ade
(g/c
m3)
Figura 7.7 - Variação da densidade x tempo
3,7
3,8
3,9
4
4,1
4,2
4,3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tempo em dias
pH
Figura 7.8 - Variação do pH x tempo
A variação da densidade do vinhoto foi de 1,015 g/cm3 até 1,018 g/cm3. Já o pH do
vinhoto apresenta variações, mas em geral, há uma tendência de aumento com o
passar do tempo. Os valores variam de 3,9 até aproximadamente 4,2 como mostra o
gráfico da figura. Observou-se durante o período de medição que na superfície do
vinhoto acumulava-se uma espuma de coloração amarelada, sugerindo que havia um
processo de degradação em andamento.
51
7.4.2. - Caracterização química do vinhoto
A caracterização química do vinhoto foi realizada com duas amostras; uma filtrada
(1B) e outra não (1A). Foram utilizados filtros quantitativos faixa azul. O objetivo foi
eliminar impurezas do vinhoto para que não viessem a interferir nos resultados de
permeabilidade.Os resultados são apresentados nas Tabelas 7.9 e 7.10, em que se
pode verificar diferença entre os valores obtidos para o vinhoto filtrado e não filtrado,
evidenciando a presença dos nutrientes pesquisados nessas impurezas.
Tabela 7.9 - Composição química do vinhoto (filtrado) pH N
Kg/m3P2O5 Kg/m3
K2O3 Kg/m3
Ca Kg/m3
Mg Kg/m3
C %
Na Kg/m3
CE dS/m
Fe mg/dm3
Cu mg/dm3
Zn mg/dm3
Mn mg/dm3
4,00 0,52 0,14 3,52 1,05 0,75 1,16 - 13,28 42 1 1 9
Tabela 7.10 - Composição química do vinhoto (não filtrado) pH N
Kg/m3P2O5 Kg/m3
K2O3 Kg/m3
Ca Kg/m3
Mg Kg/m3
C %
Na Kg/m3
CE dS/m
Fe mg/dm3
Cu mg/dm3
Zn mg/dm3
Mn mg/dm3
4,00 0,58 0,16 3,75 1,06 0,80 1,21 - 13,46 44 1 1 9
Como relatado na literatura corrente, pode-se observar o pH ácido (pH 4) e
elevado teor de micro-nutrientes; potássio, fósforo e nitrogênio.
7.4.3. – Estudo da degradação biológica do vinhoto
O objetivo da realização desse ensaio foi o de avaliar uma eventual variação dos
níveis de nitrogênio e de potássio com vistas a identificar o fenômeno do decaimento
biológico. Com relação ao nitrogênio, os resultados apontam uma ligeira queda ao
longo dos cinco meses de observação. Para o potássio também é verificada uma
pequena redução. A Tabela 7.11 mostra os resultados das análises químicas das
amostras, em que foram analisados o nitrogênio e o potássio, podendo-se concluir que,
no período de cinco meses, houve decaimento biológico tanto com relação ao
nitrogênio como em relação ao potássio.
52
Tabela 7.11 – Níveis de N e K no estudo de degradação biológica do vinhoto
Tempo em dias Nitrogênio Kg/m3 Potássio Kg/m3
1 0,396 3,450
2 0,360 3,300
4 0,405 3,150
8 0,261 3,000
15 0,333 3,075
30 0,376 3,150
60 0,334 3,150
150 0,350 3,075
7.4.4 – Caracterização microbiológica do vinhoto
Nas placas inoculadas com o vinhoto previamente congelado, como mostram as
Figuras 7.9 e 7.10, o crescimento de colônias não foi observado. Isso indica, que o
suposto microrganismo presente no vinhoto, provavelmente não suporta baixas
temperaturas (o°C). No entanto, as placas inoculadas com o vinhoto que permaneceu a
temperatura ambiente desde a sua coleta, foram feitas observações a olho nu de
algumas colônias.
Figura 7.9 - Placa inoculada com vinhoto
congelado (Meio Ágar com caldo nutritivo).
Figura 7.10 - Placa inoculada com vinhoto
congelado (Meio Ágar com BHI).
53
Nestas placas, observou-se colônias lisas, brilhantes, com bordas regulares
(circular), e cor esbranquiçada. A multiplicação destas células dá origem a colônias de
aspecto semelhante à bactérias e leveduras, indicadas nas Figuras 7.11 e 7.12, onde
as setas indicam colônias isoladas. Análises microscópicas foram realizadas com intuito
de verificar os microorganismos existentes.
Figura 7.11 – Placa inoculada com vinhoto à temperatura ambiente (Meio Ágar com caldo
nutritivo).
Figura 7.12 – Placa inoculada com vinhoto à temperatura ambiente (Meio Ágar com BHI).
A observação microscópica mostrou que os microorganismos existentes no
vinhoto não são bactérias. Aparentemente são leveduras, do gênero Saccharomyces
(Figura 7.13). A levedura da fermentação alcoólica, a Saccharomyces cerevisiae é
54
constituída de uma única célula (unicelular), a qual, geralmente, apresenta-se sob as
formas ovais ou esféricas. As setas nas figuras indicam as células em divisão
(gemulação), forma característica de reprodução das leveduras.
Figura 7.13 - Células de Saccharomyces cerevisiae.
A levedura Saccharomyces cerevisiae, é um aeróbio facultativo, ou seja, tem a
capacidade de se ajustar metabolicamente, tanto em condições de aerobiose como de
anaerobiose (ausência de oxigênio). Organismos saprófitas, exigem uma fonte de
carbono elaborada (glicose, sacarose, ou outro açúcar) que fornece a energia química e
o esqueleto carbônico de suas estruturas celulares, constituídas predominantemente de
carbono, oxigênio e nitrogênio. Utiliza o nitrogênio nas formas amoniacal (NH4+),
amídica (uréia) ou amínica (aminoácidos). Tem pouquíssima ou nenhuma habilidade de
utilizar as proteínas do meio. O fósforo, por sua vez, é absorvido na forma de íon
(H2PO4-), enquanto o enxofre pode ser assimilado do sulfato, sulfito ou tiossulfato.
São mesófilas, ou seja, admitem como temperatura ótima de 26 a 35°C, mas,
não raramente, a temperatura nas destilarias alcança 38°C. E se desenvolvem numa
ampla faixa de pH, sendo adequada entre 4 e 5. No entanto, em mostos industriais
podem se encontrar na faixa de 4,5 a 5,5.
Uma vez em ação no vinhoto, essas leveduras se multiplicam formando, com o
passar do tempo, uma massa considerável de matéria orgânica, o que leva a
colmatação dos poros do solo, diminuindo a permeabilidade.
55
7.5 – Parâmetros dos Mecanismos de Transporte de Massa
Nos corpos de prova CP01, CP02 e CP03, o volume de vinhoto percolado
coletado foi de aproximadamente seis vezes o volume de vazios. Na Tabela 7.12 são
apresentadas as concentrações de Nitrogênio e Potássio para cada amostra de
efluente coletado dos corpos de prova CP01, CP02 e CP03.
Tabela 7.12 – Nº de volume de poros e concentrações de Nitrogênio e Potássio
CP01 CP02 CP03
Amos-
tras nº de
vol.
N
Kg/m3
K2O
Kg/m3
nº de
vol.
N
Kg/m3
K2O
Kg/m3
nº de
vol.
N
Kg/m3
K2O
Kg/m3
A1 0,25 0,010 0,300 0,25 0,018 0,300 0,25 0,018 0,180
A2 0,50 0,012 0,225 0,50 0,018 0,300 0,50 0,018 0,180
A3 0,75 0,045 0,600 0,75 0,027 0,375 0,75 0,027 0,225
A4 1,00 0,063 0,600 1,00 0,063 1,050 1,00 0,090 0,375
A5 1,25 0,099 1,200 1,25 0,108 1,725 1,25 0,135 1,350
A6 1,50 0,135 1,800 1,50 0,117 2,625 1,50 0,117 1,350
A7 1,75 0,117 2,175 1,75 0,144 2,700 1,75 0,162 2,250
A8 2,00 0,117 2,550 2,00 0,135 2,925 2,00 0,153 2,475
A9 2,25 0,171 2,625 2,25 0,126 3,075 2,25 0,153 2,700
A10 2,50 0,153 2,625 2,50 0,162 3,000 2,50 0,180 3,300
A11 2,75 0,171 2,775 2,75 0,135 3,000 2,75 0,162 3,375
A12 3,00 0,189 2,775 3,00 0,153 3,000 3,00 0,153 3,975
A13 3,25 0,171 2,775 3,25 0,162 3,075 3,25 0,162 3,900
A14 3,50 0,180 2,925 3,50 0,135 3,075 3,50 0,144 3,975
A15 3,75 0,171 3,000 3,75 0,153 2,925 3,75 0,135 3,825
A16 4,00 0,207 3,075 4,00 0,171 3,225 4,00 0,135 3,975
A17 4,25 0,153 3,075 4,25 0,153 3,450 4,25 0,135 3,750
A18 4,50 0,162 3,825 4,50 0,162 3,375 4,50 0,144 3,825
56
A19 4,75 0,279 3,225 4,75 0,153 3,375
A20 5,00 0,189 3,300 5,00 0,153 3,375
A21 5,25 0,162 3,375 5,25 0,153 3,300
A22 5,50 0,207 3,300 5,50 0,153 3,450
A23 5,75 0,189 3,300 5,75 0,198 3,450
A24 6,00 0,153 3,375 6,00 3,375
A25 6,25 0,171 3,375 6,25 3,450
A amostra de vinhoto filtrado apresentou 0,189 kg/m3 para o Nitrogênio e 3,375
kg/m3 para o potássio. Considerando-se esses valores como concentração inicial e os
valores de cada amostra percolada pelos corpos de prova como concentração final, se
obtém então os valores de concentração relativa, como mostra a Tabela 7.13para o
nitrogênio e a Tabela 7.14 para o potássio, a partir da divisão da concentração total
inicial pela concentração final de cada amostra.
57
Tabela 7.13 – Concentrações relativas para o Nitrogênio
Amostras CP01 CP02 CP03
1 0,05291 0,095238 0,095238
2 0,063492 0,095238 0,095238
3 0,238095 0,142857 0,142857
4 0,333333 0,333333 0,47619
5 0,523810 0,571429 0,714286
6 0,714286 0,619048 0,619048
7 0,619048 0,761905 0,857143
8 0,619048 0,714286 0,809524
9 0,904762 0,666667 0,809524
10 0,809524 0,857143 0,952381
11 0,904762 0,714286 0,857143
12 1,000000 0,809524 0,809524
13 0,904762 0,857143 0,857143
14 0,952381 0,714286 0,761905
15 0,904762 0,809524 0,714286
16 1,095238 0,904762 0,714286
17 0,809524 0,809524 0,714286
18 0,857143 0,857143 0,761905
19 1,476190 0,809524
20 1,000000 0,809524
21 0,857143 0,809524
22 1,095238 0,809524
23 1,000000 1,047619
24 0,809524
25 0,904762
58
Tabela 7.14 – Concentrações relativas para o Potássio
Amostras CP01 CP02 CP03 1 0,088889 0,088889 0,053333 2 0,066667 0,088889 0,053333 3 0,177778 0,111111 0,066667 4 0,177778 0,311111 0,111111 5 0,355556 0,511111 0,400000 6 0,533333 0,777778 0,400000 7 0,644444 0,800000 0,666667 8 0,755556 0,866667 0,733333 9 0,777778 0,911111 0,800000 10 0,777778 0,888889 0,977778 11 0,822222 0,888889 1,000000 12 0,822222 0,888889 1,177778 13 0,822222 0,911111 1,155556 14 0,866667 0,911111 1,177778 15 0,888889 0,866667 1,133333 16 0,911111 0,955556 1,177778 17 0,911111 1,022222 1,111111 18 1,133333 1,000000 1,133333 19 0,955556 1,000000 20 0,977778 1,000000 21 1,000000 0,977778 22 0,977778 1,022222 23 0,977778 1,022222 24 1,000000 1,000000 25 1,000000 1,022222
59
Com a relação entre os números de volumes de vazios e os dados de
concentração relativa pode-se plotar as curvas de chegada para cada elemento
estudado em cada corpo de prova.
Considerando como primeiro caso o Nitrogênio estudado no CP01 a Figura 7.14
mostra a curva de chegada obtida.
Figura 7.14 – Curva de chegada de N do CP01
Conforme a Equação 6.1 é possível obter o fator de retardamento diretamente a
partir da curva de chegada. Assim para o primeiro caso tem-se que:
R = 1,24
Com o valor de permeabilidade à carga constante ao vinhoto obtido para o CP01,
que é de 2,9 x 10-6 cm/s, pode-se obter a partir da Equação 3.9, o valor de v .
v = 1,38 x 10-4 cm/s
60
A partir da Equação 3.7 pode-se então obter V’.
V’ = 1,14 x 10-4 cm/s
Assim, se tem em mãos todos os dados necessários para se poder resolver a
Equação 3.5. As concentrações relativas, os volumes de vazios, bem como o teor de
umidade, densidade, fluxo e altura de cada corpo de prova, serviram como dados de
entrada no programa computacional DISP, que fornece como dados de saída o fator de
retardamento R, o coeficiente de dispersão. Para cada corpo de prova o programa
fornece um arquivo de resultados, que é mostrado abaixo para cada corpo de prova
contendo nitrogênio e também para potássio.
Para o caso do nitrogênio do corpo de prova 1, obtém-se: D (cm2/h): 0,0441
Para o caso do nitrogênio do corpo de prova 2, obtém-se a curva apresentada
pela Figura 7.15, mostra a curva de chegada obtida.
Figura 7.15 – Curva de chegada de N para o CP02
61
Pela Figura 7.11 obtém-se:
R = 1,334
Com o valor de permeabilidade à carga constante ao vinhoto obtido para o CP01,
que é de 3,7 x 10-6 cm/s, pode-se obter a partir da Equação 3.9, o valor de v.
v = 1,37 x 10-4 cm/s
E pela resolução da Equação 3.5:
D (cm2/h) = 0,0973
Para o caso do nitrogênio do corpo de prova 3 a curva de chegada é
apresentada na Figura 7.16:
Figura 7.16 – Curva de chegada de N para o CP03
62
R: 1,243
D (cm2/h): 0,0129
Com o valor de permeabilidade à carga constante ao vinhoto obtido para o CP03,
que é de 7,52 x 10-7 cm/s, pode-se obter a partir da Equação 3.9, o valor de v .
v = 2,02 x 10-5 cm/s
Já para o Potássio do CP01, pela Figura 7.17, tem-se:
Figura 7.17 – Curva de chegada de K para o CP01
R: 1,486
D (cm2/h): 0,0433
63
Para o caso do Potássio do CP02 é apresentada a curva de chegada na Figura
7.18:
Figura 7.18 – Curva de chegada de K para o CP02
R = 1,209
D = 0,0220
64
Para o caso do potássio do corpo de prova 3, obtém-se pela Figura 7.19:
Figura 7.19 – Curva de chegada de K para o CP03
R = 1,662
D = 0,0095
Assim, chega-se a uma situação em que se tem em mãos três valores de
coeficiente de dispersão hidrodinâmica D para o nitrogênio e três para o potássio.
Temos também três valores de velocidade de percolação do fluido para cada elemento.
A Tabela 7.15 mostra a relação de coeficiente de dispersão hidrodinâmica e velocidade
de percolação do fluido para o nitrogênio e para o potássio em cada corpo de prova.
65
Tabela 7.15 - Relação de ‘D’ e ‘R’ do Nitrogênio e Potássio dos corpos de prova
Coeficiente de Dispersão
Hidrodinâmica D (cm2/s)
Fator de Retardamento
R
Corpos de
Prova
Velocidade de
percolação cm/s N K N K
CP01 1,38 x 10-4 0,0441 0,0433 1,24 1,486
CP02 1,37 x 10-4 0,0973 0,0220 1,334 1,209
CP03 2,02 x 10-5 0,0129 0,0095 1,243 1,662
Traçando-se um gráfico de Coeficiente de Dispersão x Velocidade de percolação
e em seguida fazendo-se uma regressão linear pode-se obter os valores do Coeficiente
de Difusão molecular e a Dispersividade que são os elementos necessários para se
resolver a Equação 3.1. Para o caso do Nitrogênio obtém-se o gráfico da Figura 7.20
que sugere um coeficiente de difusão molecular de 0,0032.
Y = 0.1360 * X + 0.0032
Figura 7.20 – Relação entre a dispersão hidrodinâmica e a velocidade média (N)
66
Para o caso do Potássio, ilustrado pelo gráfico da Figura 7.21, observa-se um
coeficiente de difusão molecular na ordem de 0,0054.
Y = 0.0552 * X + 0.0054
Figura 7.21 – Relação entre a dispersão hidrodinâmica e a velocidade média (K)
Há uma proximidade entre os valores de velocidade de percolação do vinhoto no
CP01 e CP02, já com relação ao CP03 existe significativa diferença. Pode-se atribuir
essas variações ao tempo de percolação pelos corpos de prova. Isto se deve ao fato de
que com o espaço de tempo de poucos dias já se pode perceber a formação de
camadas de material orgânico que, segundo a análise microbiológica, se trata de
atividade microbiana, uma vez que o vinhoto é rico em nutrientes que favorecem ao
desenvolvimento de microorganismos. O que fica evidente é que essa camada de
matéria orgânica provoca a colmatação dos poros do solo e, em conseqüência disso, a
diminuição da condutividade hidráulica.
67
O período de percolação do CP01 e do CP02 foi aproximadamente 45 dias, já
para o CP03 este período se estendeu por cerca de 120 dias. Deve-se ressaltar que, ao
final dos ensaios, os corpos de prova foram submetidos à análise química, conforme
mostra a Tabela 7.16.
Tabela 7.16 – Análise química dos corpos de prova dos ensaios em colunas.
CP01 CP02 CP03 pH 5,40 5,40 5,30
Al mmolc/dm3 2,00 3,50 4,60
H + Al mmolc/dm3 17,60 20,30 21,90
C % 1,00 4,30 4,30
MO % 6,90 7,41 7,40
K 22,00 20,90 22,40
Mg mmolc/dm3 10,30 12,30 12,90
Ca mmolc/dm3 13,60 17,50 18,70
Na mmolc/dm3 1,90 1,90 0,40
P mgdm3 5,00 8,00 6,00
CTC mmolc/dm3 65,40 72,90 76,30
SB (soma das bases) 47,80 52,60 54,40
V % 73,00 72,00 71,00
Fe mgdm3 21,23 35,81 65,60
Cu mgdm3 0,50 0,72 0,60
Zn mgdm3 2,23 2,49 2,80
Mn mgdm3 2,00 2,20 2,30
B mgdm3 0,95 1,21 1,00
Os resultados apresentados nas análises dos corpos de prova confirmam a
tendência observada nas análises químicas dos ensaios de Interação Direta se solo e
vinhoto.
68
7 – Conclusões
O presente trabalho investigou aspectos relacionados à interação de uma
amostra de solo com vinhoto, e a variação do coeficiente de permeabilidade do solo
com esse efluente.
Percebeu-se também a intensa atividade microbiana do efluente. A análise
microbiológica indicou a presença do microorganismo Saccharomyces Cerevisiae, que
é uma espécie de levedura utilizada no processo de produção do álcool, sendo
responsáveis pela degradação do açúcar no processo de fermentação industrial. Uma
vez em ação no vinhoto, essas leveduras se multiplicam formando, com o passar do
tempo, uma massa considerável de matéria orgânica, o que leva a colmatação dos
poros do solo, diminuindo a permeabilidade.
Do ensaio de degradação biológica pode-se verificar a redução dos teores de
Nitrogênio e de Potássio indicando assim a ocorrência de decaimento biológico.
Do ensaio em colunas pode-se averiguar a existência de retardamento com
valores próximos de um, o que mostra a sorçãoc como mecanismo de transporte de
massa menos importante que a advecção na relação entre o solo escolhido e o vinhoto,
mas Também foi possível obter pelo ensaio de colunas o coeficiente de dispersão, o
coeficiente de difusão molecular e a dispersividade, que são os parâmetros necessários
para se identificar a ocorrência e importância da dispersão hidrodinâmica como
mecanismo de transporte de massa na relação entre o solo e o vinhoto.
Os resultados dos ensaios de caracterização sugerem que a presença do vinhoto
no solo pode acarretar na aglutinação das partículas de argila, possivelmente
aumentando a permeabilidade do mesmo. É interessante observar que se por um lado
existe um efeito de aglutinação, por outro, a produção de matéria orgânica durante a
degradação do açúcar e a produção do álcool, tenderia a diminuir a permeabilidade do
solo.
Observou-se nos ensaios de caracterização que o vinhoto tem um efeito de
floculação das partículas de argila no solo. Isto foi constatado nos resultados dos
ensaios de sedimentação realizados com o defloculante, com a água e com o vinhoto.
Constatou-se também a diminuição do valor do coeficiente de permeabilidade do
solo ao vinhoto sugerindo que a degradação microbiológica do vinhoto, pelas leveduras
69
do processo de fermentação, favoreceu a produção de matéria orgânica, resultando na
colmatação dos poros do solo.
Das análises químicas dos diversos ensaios realizados foi possível verificar a
elevação nos teores de praticamente todos os elementos identificados no solo após a
interação por quatro meses com o vinhoto. Fato importante quando se leva em conta
elementos como o Potássio e o Fósforo que são de extrema importância para a
agricultura, servindo assim como excelente fertilizante. Mas o que preocupa é a
elevação exagerada dos níveis de elementos como o Ferro, Manganês e Boro, que são
metais pesados que podem vir a ser prejudiciais ao ser humano caso sejam lixiviados e
contaminem as águas subterrâneas.
70
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AMARAL, A.S.; ANGHINONI, I.; DESCHAMPS, F.C. Resíduos de plantas de cobertura e mobilidade dos produtos da dissolução do calcário aplicado na superfície do solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v.28, n.1, p.115-23,
2004
ANDRIOLI, I. Efeitos da vinhaça em algumas propriedades químicas e físicas de um Latossolo Vermelho-Escuro textura média. 1986. 85 f. Tese (Doutorado em
Solos e Nutrição de Plantas) - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz",
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